1. Programare și securitate la nivelul arhitecturii x86
Prof. dr. ing. Gheorghe Sebestyen
Cursul 10 Sisteme de fisiere
NTFS
FAT32

2. Sisteme de fisiere – notiuni generale
Sistem de fisiere:
metoda de numire, organizare si regasire a informatiilor pe un suport extern de memorare (HDD, DVD, etc.)
Organizarea sistemului de fisiere - functie importanta a unui SO
La nivel fizic NU exista fisiere (nici macar la nivel BIOS)
Componentele unui sistem de fisiere:
Fisier (file) – grupare logica a unui set de blocuri fizice de informatii (ex. sectoare, clustere) memorate pe suport extern
Fisierele au o structura de lista inlantuita
Director (directory, folder) – grupare logica si ierarhica a unui set de fisiere
Directoarele au o structura arborescenta

3. Fisiere si directoare Metadate asociate unui fisier:
Nume
Lungime: fixa (ex. max. 8 caractere) sau variabila
Set de caractere utilizabile pentru nume
Exceptarea unor caractere speciale care au alte semnificatii in SO (ex: . , : /)
Case sensitive sau nu
Extensie: indica natura continutului
EXE, COM, TXT, DOC, PPT, etc. – unele recunoscute automat de SO
Lungime – in octeti sau in nr. de blocuri
Timpul (data si ora) – la care a fost modificat
Tipul – caracter, bloc, director, etc.
Numele utilizatorului
Atribute de acces: R, R/W, Exec
Uzual metadatele se pastreaza separat de continutul fisierului la care este atasat – ex. intr-un fisier

4. Sistem multiplu de fisiere
Partitionare – mai multe sisteme de fisiere in acelasi sistem de calcul
Necesitate
Partitionarea spatiului de memorare in unitati logice
sisteme diferite de fisiere (ex: Linux, windows)
Atribute diferite de acces
Includerea in sistemul propriu al unor spatii de stocare de pe alte calculatoare conectate in retea – ex. NTFS
Daca se defecteaza o partitie celelalte raman neafectate

5. Variante de sisteme de fisiere:
Standarde:
FAT (FAT12, FAT16, FAT32), exFAT,
NTFS, HFS and HFS+, HPFS, UFS, ext2, ext3, ext4, XFS, btrfs,
ISO 9660, Files-11,
Veritas File System, VMFS, ZFS, ReiserFS and UDF.
Sisteme de fisiere pentru:
Disc magnetic – acces aleatoriu
Banda magnetica – acces secvential
Disc optic – acces aleatoriu in spirala
Stick (flash memory) – care tine cont de viteza mai mare de acces la acest tip de memorie
Dispozitiv I/E – in Linux dispozitivele de I/E considerate sisteme de fisiere (ex. TTY)
Sisteme mai exotice
BD2 – baza de date
Sistem tranzactional – atomicitatea operatiilor de actualizare

6. Particularitati in diferite SO
Unix, Linux
Un singur arbore de directoare, cu radacina root directory
Fisierele de pe o unitate de stocare (ex. DVD) trebuie “montate” – plasate undeva in arborele de directoare – inainte de a fi utilizate
“montarea” unui nou dispozitiv este de obicei sarcina unui administrator (root user)
Windows
Partitiile sunt denumite prin litere urmate de “:”
Dispozitivele PnP identificate si incluse automat in sistemul de fisiere
Directoare de pe alte calculatoare din retea pot fi accesate prin sistemul de fisiere al unui calculator
Se foloseste protocolul NTFS – introdul la windows NT

7. Sistemul de fisiere FAT
Numele - File Allocation Table – metoda folosita pentru evidenta fisierelor de pe un disc
Origini: 86-DOS, CP/M-86, MS-DOS, DR-DOS
Suportate de majoritatea SO actuale
Variante:
FAT 12, FAT 16 limiteaza numarul maxim de intrari in directorul radacina, limiteaza dimensiunea diskului si a partitiilor
FAT 32 – elimina unele neajunsuri din versiunile anterioare, dar nu toate:
limiteaza dimensiunea unui fisier la aprox. 4GB
Limiteaza o partitie la 2TB
Impune formatul maxim pentru numele fisierului:8.3 – eliminat in versiunile mai noi de Windows (VFAT)

8. Sistemul de fisiere FAT
Specificatii:
Tabela de alocare a fisierelor (FAT-ul) si directorul radacina se pastreaza intr-un loc fix, ca sa se stie de unde sa se consulte (mai putin directorul radacina la FAT32)
Se pastreaza 2 copii ale FAT (pentru siguranta, in caz de defectare)
Volumul de stocare disponibil este impartit in “clustere”;
dimensiunea clusterului depinde de dimensiunea volumului (numarul clusterului trebuie sa se exprime pe 16 biti)

9. Detalii privind formatul FAT32
Organizarea unui volum
Partition boot sector
FAT1
FAT2 duplicat
Dir. Radacina
(root)
Alte directoare si toate fisierele
Nr. octet
Lungime camp
Exemplu de val.
Semnificatie 00
3 bytes
EB 3C 90
Instr. de salt 03
8 bytes
MSDOS5.0
Nume OEM 0B
25 bytes
Bloc param. BIOS (BPB) 24
26 bytes
Bloc extins param. BIOS 3E
448 bytes
Code de incarcare -Bootstrap
1FE
2 bytes
0x55AA
Marca sf. sector
Detalii:

10. Inlantuirea clusterelor
Sursa: Windows internals, partea a 2-a

11. Detalii privind formatul FAT32
Suporta discuri mai mari de 2GB
Poate contine mai mult de clustere
Clusterele pot fi mai mici
Rezulta o utilizare mai eficienta a spatiului de stocare
Fisierul cel mai mare in FAT32 este 4GB - 2 bytes
Fiecare cluster are 4 octeti rezervati in tabela de alocare

12. NTFS – New Technology File System
Introdus la familia de SO Windows NT
Folosit azi pentru Windows XP, Vista, 7, 8
Elimina o mare parte din limitarile sistemului FAT
Facilitati
Scalabilitate – limita maxima de stocare 256TB
Jurnalizare – evidenta versiunilor anterioare – bun in caz de defectare
Hard links – un fisier regasit prin mai multe denumiri
Alternate data streams (ADS) - mai multe fluxuri de date asociate unui singur nume de fisiere
Compresie - posibilitatea comprimarii fisierelor
Incriptare – posibilitatea de a incripta continutul fisierelor
Sursa:

13. NTFS – New Technology File System
Facilitati (NTFS cont.)
Fisiere rare – nu aloca spatiu efectiv pentru zonele cu 0 (zero) din fisiere “rare”
Volume Shadow Copy – pastreaza o versiune mai veche a unui fisier modificat
Transactions – atomicitatea operatiilor
Cote – administratorul poate limita spatiul utilizat de un anumit utilizator
Reparse points
Resizing

14. NTFS Evidenta continutului prin MFT – Master File Table
Nu are o pozitie fixa pe disc
Fiecare fisier are o inregistrare in MFT
Prima inregistrare descrie MFT-ul insusi
Primele 16 inregistrari sunt pentru scopuri speciale
In NTFS un fisier contine un set de atribute (nume, data, etc.;) inclusiv continutul este un atribut !!!
Daca fisierul/directorul este scurt (sub 512 octeti) este in totalitate continut in tabela MFT
Accesul la continut se face mult mai rapid decat in FAT32

15. NTFS - Structura MFT

16. NTFS – atributele unui fisier
Informatii standard (ex. data)
Lista atribute – locatii ale inregistrarilor de atribute care nu incap in MFT
Nume fisier
nume lungi - 256caractere
Nume scurte caractere
Descriptor de securitate – cine este proprietarul fisierului si cine il poate accesa
Date – contine datele fisierului
altele

17. Comparatie NTFS v.s. FAT32 NTFS FAT32 Dim. maxima volum
232 – 1 clustere
256TB
32GB
Nr. maxim de fisiere
232 – 1 fisiere
Dim. maxima fisier
244 – 64KB octeti
4GB-2 octeti
Nr. maxim de clustere
Dim. nume fisier
Max. 255

18. Organizarea unui disc Organizare fizica: Organizare logica
Sector – de obicei 512 octeti
Pista – suma de sectoare
Capete de citire (fete ale discului)
Cilindrii – suma de piste accesibile pe o pozitie a capetelor de citire/scriere
Organizare logica
Partitii
Clustere
Directoare
Fisiere

19. Organizarea unui disc Master Boot Sector Primul sector pe orice disc
Scris la crearea primei partitii pe disc
Contine:
Tabela de partitionare
Un mic cod executabil:
Analizeaza tabela de partitii si identifica partitia sistem
Copiaza in memorie “Partition Boot Sector” din partitia sistem
Lanseaza codul din “Partition Boot Sector” copiat in memorie
Poate fi virusat; virusul nu este identificat de SO

20. Organizarea unui disc Tabela de partitii (Partition Table)
Continut in Master Boot sector
Are 4 intregistrari a 16 octeti (64 octeti) pentru 4 partitii posibile:
Partitia adresa in MBS … 01BEH
Partitia 2 ……………………………. 1CEH
Partitia 3 ……………………………. 1DEH
Partitia 4 …………………………….. 1EEH
Continutul unei inregistrari pentru o partitie:
Indicator “bootabil”
Inceputul partitiei (cap, sector, cilindru)
Identificator sistem de operare
Sfarsit partitie (cap, sector, cilindru)
Numarul relativ de sectoare – de la inceputul discului si pana la partitie
Numar total de sectoare

21. Sistemul de fisiere in Windows
Windows ofera suport pentru urmatoarele sisteme de fisiere:
CDF – pt. CD-uri
UDF – pentru discuri optice, in speta DVD
FAT12, FAT16, FAT32, exFAT (FAT64) – pt. HDD, flash, SD
12/16/32 – nr de biti alocati pentru exprimarea nr. de clustere (ex 216 – aprox de clustere);
la 32 este doar 28
NTFS sistemul “nativ” de fisiere pentru windows
Foloseste 64 biti pentru nr. cluster (se folosesc doar 32 biti)

22. Sistemul de fisiere in Windows - drivere de fisiere
Doua tipuri de drivere:
Local FSD (file system driver) – pentru accesarea memoriei externe locale
Network FSD – pentru adresarea memoriei externe conectata la alte calculatoare in retea
Sursa: Windows internals

23. Sistemul de fisiere in Windows - drivere de fisiere
Network FSD

24. Sistemul de fisiere in Windows - componente implicate intr-un transfer de fisier
Accesarea fisierelor:
I/O explicit: CreateFile, ReadFile, WriteFile
Implicit: prin citirea/scrierea unei zone de memorie care “mappeaza” fisierul

25. Sistemul de fisiere in Windows - drivere filtru
Se suprapun peste sistemul de fisiere
Interpreteaza si filtreaza cererile catre sistemul de fisiere
Ex. un sistem antivirus filtreaza si verifica cererile de deschidere a unui nou fisier (IRP_MJ_CREATE); inainte de deschiderea fisierului il va scana

26. Alte sisteme de fisiere: WinFS Windows File System
Un mod de accesare a sistemului de fisiere pe principiul BD relationale:
Cautarea fisierelor pe baza de interogari SQL
Construit peste NTFS
Permite indexarea fisierelor pe baza de atribute (ex. tip fisier, data)
Inlocuieste structura ierarhica de cautare cu directoare-subdirectoare, cu o cautare intr-o baza de date (SQL Server)
Se pot stoca: poze, uri, calendar, etc.
“WinFS stores” sunt fisiere de baze de date SQL (cu extensia .mdf); aceste fisiere se pastreaza in directorul “System Volume Information” pastrat la randul lui in directorul radacina
Detalii:

27. WinFS Windows File System